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符號的代數運算

請思考下面這個簡單的問題:

兩年前,約翰尼7歲。

他現在幾歲了?

這道題簡直易如反掌,連紙筆都不需要就可以答出。很顯然,約翰尼現在9歲。在高中階段,我們曾學習過如何系統地解決這些問題。這樣做的好處是使我們能夠解決答案更加隱晦、過程更加複雜的問題,比如:

湯米比蘇濟大6歲。

兩年前,湯米的年齡是蘇濟年齡的3倍。

那麼,蘇濟現在的年齡是多少?

這就是代數。回到第一個問題,我們想求得約翰尼的年齡,解題的關鍵在於如何將涉及約翰尼年齡的文字表述轉換為對應的方程式。為了簡潔起見,我們將約翰尼的年齡設為x:

x–2=7

或,約翰尼的年齡減2等於7

當然,這裡的未知數x指代誰都已不重要。我們的目的在於,剔除不必要的細節,使已知條件更易於計算和處理。用這種方式處理問題,我們希望能夠得到以下某種類型的方程:

x=V

或,約翰尼的年齡是V

這裡的V代表的是數字。依照我們在高中學習的知識,不需要用到太多的花樣,求解過程如下:

1.在等式的左右兩邊同時加2:

x–2+2=7+2

2.簡化左式:

x–2+2 ⇒x+(–2+2) ⇒x+0 ⇒x

3.簡化右式:

7+2⇒9

4.在簡化後的左式和右式之間畫等號:

x=9

這樣便求出約翰尼的年齡是9歲。

對於第二個問題,求解的過程是類似的。我們將湯米的年齡設為x,將蘇濟的年齡設為y,最終目的是求解y的值。根據題目裡的兩個已知條件,我們能夠得到以下兩個方程:

x=y+6或湯米的年齡是蘇濟的年齡加6

x–2=3(y–2)或湯米的年齡減2是蘇濟的年齡減2的3倍

求解過程如下:

1.用第二個方程的左右兩邊分別減去第一個方程的左右兩邊:

x–2–x=3(y–2)–(y+6)

2.簡化左式和右式:

x–2–x ⇒x–x–2⇒(x–x)–2⇒0–2⇒–2

3(y–2)–(y+6)⇒3y–6–y–6⇒(3y–y)–6–6⇒2y–12

3. 在化簡後的左式和右式之間畫等號,並移項:

2y–12=–2

現在,我們已經將兩個二元一次方程化簡為一個一元一次方程,接下來的步驟與之前一樣:

4.等號左右兩邊同時加12,然後除以2,經過簡化,可以得到:

y=5

看!只用到簡單的代數知識,我們就能根據已知條件確定蘇濟的年齡是5歲。再進一步計算,我們就能確定:湯米是11歲。當然,兩年前,湯米的年齡(9歲)是蘇濟的年齡(3歲)的3倍。由此能夠推出,根據3個已知條件,可求得3個未知數;根據67個已知條件,能夠求得67個未知數。事實上,要解決此類含有未知數的方程式,僅需要用到幾個關於等式、加法和乘法運算的法則即可。

總地來說,代數是符號處理的一種形式。我們從完整的等式入手,比如「x–2=3(y–2);x=y+6」,根據運算法則進一步計算化簡,最終求得「x=11;y=5」。